Focus : Modélisation des nappes d’eaux souterraines des sables du Bruxellien et du Landénien

Focus - Actualisation : janvier 2018

Les masses d’eau souterraines des sables du Bruxellien et du Landénien constituent deux réserves en eau stratégiques en Région de Bruxelles Capitale. Des modélisations ont mis en évidence que leur exploitation actuelle pour l’alimentation en eau potable et les usages industriel et tertiaire semble raisonnée et durable. Alors que la nappe des sables du Bruxellien présente une bonne pérennité, son niveau d’eau s’avère toutefois sensible aux apports pluviométriques et donc aux changements climatiques. La nappe du Landénien se caractérise par une pérennité plus modérée et une plus grande sensibilité aux prélèvements.

L’atteinte du « bon état quantitatif » des eaux souterraines: un challenge pour le gestionnaire

Les eaux souterraines de la Région bruxelloise doivent atteindre, en 2015 et d’ici 2021, les objectifs environnementaux fixés dans les directives européennes (voir focus du REE 2011-2014 ). L’un de ces objectifs est l’atteinte du « bon état quantitatif » des masses d’eau souterraines, c’est-à-dire une gestion durable de la ressource en eau.

Prédire si l’état quantitatif des eaux souterraines continuera à être atteint dans les années à venir revient à estimer la pérennité des ressources en eau disponibles. Autrement dit, il s’agit d’évaluer si la ressource est et restera gérée durablement, et si les apports en eau (recharge de la nappe) permettront de répondre à la demande (captages). Le recours à la modélisation hydrogéologique est dans ce cadre très utile.

La modélisation hydrogéologique: un outil d’évaluation des ressources en eau

Bruxelles Environnement, en tant que gestionnaire des eaux souterraines, a ainsi fait appel au Service géologique de Belgique et à Aquale pour modéliser deux des cinq masses d’eau souterraines bruxelloises: celle des sables du Bruxellien (modèle Hydrobrux) et celle du Landénien (modèle Hydroland).

Hydrobrux (2012 – 2015) s’est focalisé sur la masse d’eau souterraine des sables du Bruxellien. Située sur le versant Est de la vallée de la Senne, cette ressource est de première importance puisque 80% de l’eau captée en RBC, tous usages confondus, provient de cette nappe, avec une forte majorité destinée à l’alimentation en eau potable (voir indicateur  « approvisionnement et consommation d’eau de distribution »).

Hydroland (2014 – 2016) s’est concentré sur la masse d’eau souterraine du Landénien, aquifère plus profond que le Bruxellien et captif (c’est-à-dire surmonté d’une couche imperméable et sous pression). Si les prélèvements effectués dans cette nappe sont moins importants que dans le Bruxellien, elle peut tout de même être considérée comme la deuxième réserve stratégique en eau souterraine en RBC.

Ces modèles visent à estimer la pérennité des ressources en eau, et donc à évaluer la sensibilité des aquifères aux pressions qu’ils subissent (variations de leur recharge et/ou des prélèvements), en particulier dans le contexte du changement climatique. Ils ont également pour but de quantifier les flux d’eau transitant entre la Région bruxelloise et la Région flamande. Dans le cas d’Hydrobrux, la mise en évidence des interactions entre la nappe des sables du Bruxellien et le cours d’eau de la Woluwe a constitué un objectif additionnel.

Etape 1 : développement de modèles 3D des formations géologiques

La première étape a été la « construction » de l’architecture 3D du sous-sol bruxellois reprenant l’ensemble des formations géologiques connues en RBC, depuis la surface jusqu’au sommet du socle Paléozoïque (couche la plus ancienne et la plus profonde (> 100m) connue à Bruxelles).

Tout d’abord, les altitudes des sommets des formations issues de 3250 forages/sondages, ont été introduites dans une base de données (Microsoft Access). Grâce à un système d’information géographique (SIG), ces différentes données ont ensuite été interpolées afin de cartographier les sommets des différentes couches géologiques. Enfin, l’architecture 3D a été construite via la superposition des différentes surfaces en 2D modélisées lors de l’étape précédente. Une représentation 3D dite « layer-cake » a ainsi été obtenue.

Etape 2 : modélisation hydrogéologique

La seconde grande étape a été de modéliser les flux existants au sein de chacun des systèmes hydrogéologiques considérés (sables du Bruxellien ou Landénien) sous FEFLOW 6.0. Après implémentation de données géologiques, hydrogéologiques, hydrologiques et climatiques, le modèle a été calibré de façon à ce qu’il reproduise, entre autres, la piézométrie mesurée entre 2009 et 2013.

Evaluation de la pérennité des ressources disponibles

La pérennité des ressources en eau disponibles dans les sables du Bruxellien et du Landénien a été estimée via l’étude de deux paramètres influents : l’infiltration et les prélèvements en eau. En modifiant volontairement les valeurs de ces paramètres, différents scénarii ont ainsi pu être obtenus.

Au niveau des sables du Bruxellien, il apparaît clairement que l’infiltration –soit la recharge en eau du système via les précipitations- constitue le principal paramètre qui affecte la piézométrie de la nappe (i.e. niveau d’eau). La recharge plus ou moins importante de la nappe semble suivre un cycle saisonnier à pluriannuel et si actuellement, elle est plutôt basse, elle devrait progressivement remonter dans les années à venir. Une augmentation raisonnée des débits prélevés ne devrait pas menacer les ressources disponibles.

Concernant le Landénien, la piézométrie augmente depuis plusieurs années, en particulier au Nord de la RBC. Ceci suggère que l’exploitation actuelle semble affecter de manière modérée les ressources en eau, à priori suffisantes, mais ne justifierait pas pour autant une augmentation trop importante des prélèvements. En effet, cette masse d’eau souterraine apparait comme assez sensible aux débits prélevés.

En l’état actuel, l’exploitation de ces deux aquifères apparait donc raisonnée et leur gestion durable. Par ailleurs, les modèles mettent en évidence que les deux masses d’eau seraient potentiellement sensibles aux changements climatiques, via une variabilité de la pluviométrie.

Quantification des échanges d’eau souterraine avec la Région Flamande

Les échanges interrégionaux au sein des sables du Bruxellien et du Landénien ont été quantifiés et cartographiés, mettant en évidence une balance positive vers la RBC. Les principaux points d’entrée de ces flux sont localisés le long de la frontière Sud et le long de la frontière Est pour les deux aquifères étudiés. Pour le Landénien, les principaux points de sortie sont le long de la frontière Nord et Ouest et pour le Bruxellien, le long de la frontière Nord uniquement.

Mise en évidence des interactions entre la masse d’eau des sables du Bruxellien et le cours d’eau de la Woluwe

La nappe semble majoritairement drainée par la rivière, surtout sur la partie amont du cours d’eau, zone essentiellement forestière. Plus en aval, en milieu urbanisé, les collecteurs d’eau de pluie draineraient la nappe de façon plus importante que la Woluwe, rendant alors le système particulièrement complexe pour une modélisation précise. Due aux nombreuses incertitudes liées au contexte particulier de la Woluwe (proximité avec le collecteur et interactions avec la nappe difficiles à quantifier), les résultats obtenus grâce au modèle sont partiels et préliminaires.

Vers un troisième modèle hydrogéologique

Les modèles hydrogéologiques développés dans les présents projets (Hydrobrux et Hydroland) constituent des outils de première importance, qui pourront continuer à être utilisés notamment à des fins prédictives et d’aide à la décision dans le cadre de la gestion durable des eaux souterraines en RBC.

Une amélioration continue de ces outils sera possible grâce à de nouvelles données permettant d’affiner leur calibration et grâce à des connaissances approfondies sur le système hydrogéologique bruxellois.

Le modèle Hydrobrux présente néanmoins un certain nombre de faiblesses. Tout d’abord, l’influence exercée par les collecteurs, de même que par l’ensemble du réseau hydrographique sur les masses d’eaux souterraines étudiées est difficile à intégrer. Ensuite, le contexte fort urbanisé de la Région ainsi que les nombreuses modifications anthropiques apportées au système hydrographique au cours des siècles complexifient l’étude.

Un troisième modèle de l’ensemble du système hydrogéologique bruxellois est donc en cours de développement, pour pallier aux faiblesses identifiées. Il se voudra plus complet et précis que le modèle Hydrobrux. Son extension horizontale permettra de reprendre l’ensemble de la RBC. Les différentes couches géologiques traversées seront définies plus finement et les réseaux d’égout et hydrographique seront mieux pris en compte.